Материал: Расчет скоростного теплообменника. Методические указания к курсовой работе

Если направление движения горячего и холодного теплоносителей совпадают, то такое движение называется прямотоком (рис. 3,а). Если направление движения горячего и холодного теплоносителя противоположны, то такое движение называется противотоком (рис. 3,б). Если же горячий теплоноситель движется перпендикулярно движению холодного теплоносителя, то такое движение называется перекрестным током (рис. 3,в). Кроме этих основных схем движения жидкостей, в теплообменных аппаратах применяют более сложные схемы движения, включающие все три основные схемы.

Следует отметить, что в секционных теплообменниках типа «труба в трубе» длина трубного пучка обычно в десятки раз больше диаметра корпуса. Поэтому в них практически осуществимы лишь две схемы движения теплоносителей: прямоточная и противоточная.

При различных соотношениях между водяными эквивалентами и в зависимости от схемы течения теплоносителей получают различные законы из-

менения температур теплоносителей, как это показано на рис. 4.

Рис. 4. Характер изменения температур теплоносителей при прямотоке (а) и противотоке (б)

При прямотоке конечная температура нагреваемого теплоносителя всегда меньше конечной температуры греющего теплоносителя. При противотоке конечная температура нагреваемого теплоносителя может быть и выше конечной температуры греющего теплоносителя.

При проектировании теплообменных аппаратов требуется определить площадь поверхности теплообмена F при заданном количестве передаваемой в единицувременитеплоты Q (тепловойпоток) по уравнению:

то есть, задача сводится к вычислению коэффициента теплопередачи k и усредненного по поверхности теплообмена температурного напора t .

6

Если обозначить разность температур теплоносителей на входе в теплообменник tб и на выходе из теплообменника tм , то средний температурный

Вычисленный по формулам (5) и (6) температурный напор называют

среднелогарифмическимтемпературнымнапором.

Если температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена изменяются незначительно, то среднюю разность температур можно найти как среднюю арифметическую величину:

Среднеарифметический температурный напор всегда больше среднелогарифмического. Если tб tм 2 , температурный напор достаточно точно

можнонаходитьпоформуле(7).

При вычислении температурного напора для сложных схем движения теплоносителей в уравнения (5) и (6) вводятся поправки на основании графиков, приведенных в специальной литературе.

Поверочный тепловой расчет.

Одной из задач поверочного расчета теплообменного аппарата является определение конечных температур горячего и холодного теплоносителей. В этом случае известными являются величины: поверхность теплообмена F , коэффициент теплопередачи k , водяные эквиваленты W1 и W2 и начальные

температуры теплоносителей t1 и t2 . Порядок решения задачи следующий:

1. Из уравнения теплового баланса (2) находим количество теплоты, отдаваемое горячей жидкостью:

3. Соответственно, для холодной жидкости имеем:

7

Термическая проводимость k (коэффициент теплопередачи) – величина, обратная общему сопротивлению теплопередаче:

rзагр r1 r2 , где ri – термическое сопротивление слоя загрязнения со стороны i-того

теплоносителя, определяемое по табл. 1.

Таблица 1

Термическая проводимость загрязнений стенок 1r

В расчетах теплопередачи через стенку цилиндрической формы (стенку

Одной из основных проблем при решении уравнения (14) является определение коэффициентов теплоотдачи , которые рассчитываются, в основном, из критериальных соотношений. Вид зависимости между критериями находится экспериментально для каждого вида теплообмена и приведен в справочной и специальной литературе.

В общем виде коэффициент теплоотдачи является функцией большого числа переменных, которые могут быть связаны между собой критериями подобия:

где l - определяющий линейный размер.

Конкретный вид уравнения зависит от режима движения, физических свойств теплоносителя, условий обтекания теплопередающей поверхности.

а) при ламинарном движении теплоносителя в каналах (Re<2300)

9

б) при турбулентном движении (Re>10000)

10